梁景堂 關(guān)懷宇 吳旭龍 吳穎娟 鄧 怡 曹良勘 陳 颯

（中山公用水務(wù)有限公司，廣東中山 528403）

1.前言

水體富營養(yǎng)化問題日益突出，已經(jīng)影響到飲用水安全。其中，作為能夠直接感受的水質(zhì)指標(biāo)，嗅味問題越來越受人們的關(guān)注。近年來，華南某河流補(bǔ)給型水庫嗅味問題頻繁發(fā)生，給飲用水的水質(zhì)安全造成威脅。2020年3月上旬，某水庫出現(xiàn)大面積藻類，引起土霉味的嗅味問題嚴(yán)重影響周邊用戶的用水安全。針對(duì)藻類導(dǎo)致水源水產(chǎn)生土霉味的嗅味問題，常規(guī)的水處理工藝的去除效果有限。高錳酸鉀-粉末活性炭聯(lián)用法是水廠常見去除水源水中嗅味的處理工藝。高錳酸鉀-粉末活性炭聯(lián)用法，高錳酸鉀作為預(yù)氧化劑，能夠有效除去水中的有機(jī)污染物，并對(duì)嗅味物質(zhì)也有一定的去除效果；粉末活性炭具有微孔結(jié)構(gòu)和大的比表面積，能夠有效吸附水中的嗅味物質(zhì)，具有較好的除嗅味物質(zhì)效果。本中心以該水庫水作為研究對(duì)象，討論使用預(yù)氧化和粉末活性炭聯(lián)用技術(shù)對(duì)水中的土霉味物質(zhì)的去除效果，為處理水源水的土霉味問題提供一種應(yīng)急處理方案。

2.實(shí)驗(yàn)方法

2.1 水庫水致土霉味物質(zhì)

水樣取自華南某河流補(bǔ)給型水庫，土霉味物質(zhì)的基本情況見表1。

表1 水庫水嗅味物質(zhì)的基本情況

2.2 試驗(yàn)流程

取一系列300mL水樣倒入三角瓶中，采用高錳酸鉀和活性炭聯(lián)用技術(shù)進(jìn)行去除土霉味物質(zhì)試驗(yàn)，測(cè)定試驗(yàn)出水的嗅味層次分析（FPA）和土霉味物質(zhì)的含量。FPA試驗(yàn)取200mL水樣于250mL帶塞的三角瓶中，加熱至40oC后，聞測(cè)時(shí)，單手握取錐形瓶底部輕晃水樣，另一只手打開玻璃瓶塞，聞測(cè)并記錄（味道等級(jí)分為12級(jí)，1為輕，12為重）。嗅味物質(zhì)的含量取10mL水樣通過氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀進(jìn)行定量測(cè)試。預(yù)氧化和活性炭聯(lián)用技術(shù)的實(shí)驗(yàn)工藝如圖1。

圖1 預(yù)氧化和活性炭聯(lián)用法處理水庫水試驗(yàn)方案

2.3 分析方法

2.3.1 固相微萃取

向頂空瓶中依次加入3.5g氯化鈉，10mL待測(cè)水樣和200uL甲醇；萃取溫度：70oC，攪拌速度：400 rpm，萃取時(shí)間：30min，解析時(shí)間：360s。

2.3.2 GC-MS條件

HP-5毛 細(xì) 管 色 譜 柱：30m×0.25mm× 0.25μm，進(jìn)樣口溫度為270oC，不分流進(jìn)樣；柱溫箱采取程序升溫：先在50oC保持0.5min，然后以10oC/min升溫至160oC，保持2min，再以20oC/min升溫至260oC。質(zhì)譜四級(jí)桿溫度：150oC；離子源溫度：230oC；傳輸線溫度280oC；電離能量：70eV；掃描模式：選擇離子掃描（SIM）；溶劑延遲：5.4min。樣品測(cè)定時(shí)采用SIM掃描模式。

3.試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 預(yù)氧化劑對(duì)除臭效果的影響

常見用于除臭的預(yù)氧化劑主要包括次氯酸鈉、高錳酸鉀、二氧化氯、臭氧和過氧化氫等，而不同的氧化劑對(duì)致臭物質(zhì)的去除作用不同。針對(duì)不同的致臭物質(zhì)時(shí)，我們會(huì)綜合考慮選擇適當(dāng)?shù)念A(yù)氧化劑，來實(shí)現(xiàn)較好的除臭效果。例如，自由氯成本較低對(duì)除藻臭的應(yīng)用較多；二氧化氯能有效地控制藻類的生長，最重要可以使殘余的藻類失去繁殖能力；臭氧的氧化能力強(qiáng)，極快滅殺水中細(xì)菌，藻類，病原體，微生物，水草，藻類等有機(jī)物，有效解決這些有機(jī)物產(chǎn)生的嗅味問題，但成本較高；高錳酸鉀將水中嗅味物質(zhì)氧化，自己被還原成水合二氧化錳，水合二氧化錳也能夠吸附水中嗅味物質(zhì)，同時(shí)高錳酸鉀能夠減少有機(jī)物對(duì)膠體的保護(hù)，強(qiáng)化混凝，提高嗅味物質(zhì)的去除效果等等。結(jié)合本中心實(shí)際情況，選擇了兩種氧化劑（高錳酸鉀vs次氯酸鈉）對(duì)水庫水進(jìn)行預(yù)氧化，投加10mg/L粉末活性炭，吸附15min。不同的氧化劑對(duì)水庫水中嗅味物質(zhì)的去除效果見表2，可以看出預(yù)氧化和粉末活性炭聯(lián)用技術(shù)處理原水土霉味問題有一定的作用。從嗅味物質(zhì)的去除率看，使用4mg/L次氯酸鈉作為預(yù)氧化劑，對(duì)2-異丁基3-甲氧基吡嗪（IBMP）的除臭效果明顯，去除率能達(dá)到78%，而對(duì)2-甲基異茨醇（2-MIB）和土臭素（Geosmin）的去除效果一般，僅有30%左右的去除率。如果使用0.5mg/L高錳酸鉀替代次氯酸鈉，對(duì)嗅味物質(zhì)去除率提高到50%以上；當(dāng)進(jìn)一步增加高錳酸鉀的使用濃度，達(dá)到1.0mg/L時(shí)，對(duì)嗅味物質(zhì)的去除率達(dá)到80%左右。同時(shí)，已報(bào)道的文獻(xiàn)也有說明，1.0mg/L的KMnO4對(duì)嗅味物質(zhì)的去除率更好。從水的嗅味層次分析（FPA）的結(jié)果來看，通過預(yù)氧化和粉末活性炭聯(lián)用技術(shù)處理，水庫水的FPA的評(píng)價(jià)等級(jí)從9～10降到2～4左右，土霉味較弱。次氯酸鈉的使用，水樣中的土霉味基本沒有，但是引入氯的味道。0.5 mg/L KMnO4作為預(yù)氧化劑，處理后的樣品聞測(cè)的味道更淡一些，這是綜合聞測(cè)實(shí)驗(yàn)小組（3人）的實(shí)測(cè)情況得到的結(jié)果。由于FPA等級(jí)共分成12個(gè)級(jí)別，2～3級(jí)別和3～4級(jí)別味道相差不大，實(shí)驗(yàn)員對(duì)2～3級(jí)別和3～4級(jí)別的界定存在不確定的因素。綜合兩個(gè)方面的試驗(yàn)結(jié)果，預(yù)氧化劑的選擇對(duì)嗅味物質(zhì)的去除效果有明顯的相關(guān)性。針對(duì)原水中土霉味問題，選擇高錳酸鉀作為預(yù)氧化劑，比次氯酸鈉具有更好的去除效果，當(dāng)高錳酸鉀的使用濃度為1.0mg/L時(shí)，土霉味物質(zhì)的去除率達(dá)到80%左右，F(xiàn)PA評(píng)價(jià)由9～10降至3～4，除臭效果明顯。

表2 預(yù)氧化劑對(duì)除臭的效果

粉末活性炭的投加量為10mg/L時(shí)，1.0mg/L高錳酸鉀的除臭效果更好。從圖2可以看出，高錳酸鉀的使用濃度為0.5mg/L，吸附時(shí)間為30min，嗅味物質(zhì)的去除率能達(dá)到60%左右，而高錳酸鉀的濃度加大到1.0mg/L時(shí)，吸附時(shí)間為15min，嗅味物質(zhì)的去除率能達(dá)到70%左右，說明高錳酸鉀的投加量大，能夠有效降低活性炭的作用時(shí)間，并提高嗅味物質(zhì)去除效果。同時(shí)，隨著活性炭的接觸時(shí)間增加，高錳酸鉀的反應(yīng)時(shí)間也增加，高錳酸鉀投加水體中，可以有效去除水中的微量有機(jī)污染物，對(duì)嗅味也有一定的去除效果，但是高錳酸鉀的反應(yīng)時(shí)間增加，會(huì)將大分子的致嗅物氧化成多個(gè)小分子的致嗅物質(zhì)，也會(huì)將致嗅前體物氧化為致嗅物，水中嗅味物質(zhì)含量不降反增，活性炭的吸附作用不足以吸附大量的嗅味物質(zhì)，這樣會(huì)導(dǎo)致嗅味物質(zhì)的去除率下降，就會(huì)出現(xiàn)圖2中，使用1.0mg/L高錳酸鉀作為預(yù)氧化劑，活性炭的吸附時(shí)間為30min的條件下，嗅味物質(zhì)的去除率降低的現(xiàn)象。

圖2 高錳酸鉀的濃度和活性炭吸附時(shí)間對(duì)除臭的效果影響

3.2 活性炭的投加量對(duì)除臭效果的影響

使用1.0mg/L高錳酸鉀作為預(yù)氧化劑，粉末活性炭的吸附時(shí)間為15min，不同的活性炭投加量對(duì)水中嗅味去除效果的影響如圖3。試驗(yàn)結(jié)果可以看出，除臭效果與粉末活性炭的投加量呈正相關(guān)，活性炭的投加量越大，水樣中的嗅味物質(zhì)去除率越高，嗅味等級(jí)越低，當(dāng)活性炭的投加量達(dá)到40mg/L時(shí)，土霉味物質(zhì)的去除率達(dá)到60%左右，F(xiàn)PA評(píng)價(jià)由9～10降至1～2，除臭效果明顯。需要應(yīng)急處理土霉味嗅味問題時(shí)，加大活性炭的投加量能夠有效實(shí)現(xiàn)除臭的效果。

圖3 活性炭的投加量對(duì)除臭的效果

3.3 吸附時(shí)間對(duì)除臭效果的影響

使用0.5mg/L高錳酸鉀作為預(yù)氧化劑，粉末活性炭的投加量為10mg/L，不同的吸附時(shí)間對(duì)水中嗅味去除效果的影響如圖4。結(jié)果表明，嗅味物質(zhì)的去除效果與粉末活性炭的吸附時(shí)間有明顯的相關(guān)性，吸附時(shí)間越長，嗅味物質(zhì)的去除效果越好，當(dāng)吸附時(shí)間達(dá)到30min時(shí)，水樣的FPA評(píng)價(jià)等級(jí)由9～10級(jí)降到1～2，嗅味物質(zhì)的去除率達(dá)到（53～68）%，除嗅效果明顯。

圖4 吸附時(shí)間對(duì)水中嗅味去除效果的影響

4.結(jié)論

應(yīng)急處理原水土霉味問題時(shí)，建議處理方案：對(duì)嗅味等級(jí)9～10級(jí)原水投加1.0mg/L高錳酸鉀與40mg/L的粉末活性炭聯(lián)用，吸附時(shí)間為15min可以去除60%的嗅味物質(zhì)，嗅味等級(jí)降至1～2級(jí)。在這種工況下，單位體積水需要高錳酸鉀0.001kg/m3，活性炭0.04kg/m3。高錳酸鉀單價(jià)為26元/kg，活性炭單價(jià)為7元/kg，則高錳酸鉀的成本為0.026元/m3，活性炭的成本為0.28元/m3，應(yīng)急投藥成本為0.306元/m3。